Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

S + O

2

= SO

2

Zn + S = ZnS

4Al + 3O

2

= 2Al

2

O

3

A + B = AB

CaCO

3

= CaO + CO

2

2HgO = 2Hg + O

2

2Fe(OH)

2

= Fe

2

O

3

+ 3H

2

O

C = A + B

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

2KBr + Cl

2

= 2KCl + Br

2

AB + C = AC + B

AB + CD = AD + CB

2NaNO

3

+ CaCl

2

= 2NaCl + Ca(NO

3

)

2

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

AgNO

3

+ KCl = AgCl

o + KNO

3

AB + CD = AD

o + CB

KOH + HCl = KCl + H

2

O

AOH + HB = AB + H

2

O

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Jeżeli w trakcie reakcji chemicznej dochodzi do zmian
stopni utlenienia pierwiastków to mówimy, że reakcja jest
reakcją utleniania i redukcji lub reakcją redoks.





0

V

III

II

3

3

2

3

Fe 4H N O

Fe NO

N O 2H O















Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

ZASADY OKREŚLANIA STOPNIA UTLENIENIA

1. Stopień utlenienia pierwiastka w stanie wolnym równy jest zero.

0

0

Fe

Ca

2. Fluor we wszystkich swych połączeniach występuje na -I stopniu
utlenienia.

I

F



3. Stopień utlenienia litowców równy jest I, a berylowców II,
(metale przyjmują dodatnie stopnie utlenienia).

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

4. Wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenienia równy I, z
wyjątkiem wodorków litowców i berylowców, gdzie stopień
utlenienia wynosi -I.

ZASADY OKREŚLANIA STOPNIA UTLENIENIA (c.d.)

5. Tlen w połączeniach ma stopień utlenienia -II. Wyjątki stanowią:
fluorek tlenu OF

2

, w którym tlen ma stopień utlenienia II, nadtlenki

np. H

2

O

2

, Na

2

O

2

, BaO

2

, w których stopień utlenienia tlenu wynosi –I i

ponadtlenki, gdzie stopień utlenienia tlenu wynosi -1/2.

1

2

II

II

I

2

2

2

2

2

H O

O F

H O

Na O







I

I

I

I

II

I

2

H Cl

Li H

Ca H







Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

6. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w
skład cząsteczki wynosi zero.

I

V

II

3

H N O



(+1) + (+5) + 3·(-2) = 0

7. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w
skład jonu złożonego równa jest ładunkowi jonu.

ZASADY OKREŚLANIA STOPNIA UTLENIENIA (c.d.)

2

VI

II

4

S O





(+6) + 4·(-2) = -2

ładunek jonu

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

1. Prawidłowe zapisanie wzorów substancji

2. Prawidłowe przewidywanie produktów reakcji

3. Uzupełnienie współczynników reakcji

KOLEJNOŚĆ CZYNNOŚCI PRZY ZAPISYWANIU

RÓWNAŃ REAKCJI CHEMICZNYCH

Zapis reakcji może być cząsteczkowy, jonowo-cząsteczkowy

lub jonowy.

Równanie reakcji jest sumarycznym zapisem reakcji chemicznej

i określa jakie substancje wchodzą w reakcję i jakie są

produktami reakcji oraz stosunki ilościowe między substratami

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

..zapisując reakcje chemiczne w sposób uzgodniony
musimy pamiętać, że:

Liczba atomów danego pierwiastka po lewej stronie równania
musi być taka sama jak liczba atomów tego pierwiastka po
prawej stronie równania

PRAWO ZACHOWANIA

PIERWIASTKA

Liczba elektronów oddawanych przez atomy (jony) musi taka
sama jak liczba elektronów pobieranych przez inne atomy
(jony)

PRAWO ZACHOWANIA

ŁADUNKU

Dodatkowo, dla reakcji z wymianą elektronów (czyli redoks):

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Uzgadnianie równań reakcji utleniania i redukcji

I

I

I

VI

II

0

IV

II

I

II

2

4

2

2

2

H Br

H S O

Br

S O

H O

















bilans elektronów:

I

0

VI

IV

Br 1e

Br

S

2e

S















1

2

I

0

2

VI

IV

2Br 2e

Br

S

2e

S















2

4

2

2

2

2H Br

H SO

Br

SO

2H O









Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Uzgadnianie równań reakcji utleniania i redukcji

HBr + H

2

SO

4



Br

2

+ SO

2

+ H

2

O

I

I

I

VI

II

0

IV

II

I

II

2

4

2

2

2

H Br

H S O

Br

S O

H O

















bilans elektronów:

I

0

VI

IV

Br 1e

Br

S

2e

S















1

2

I

0

2

VI

IV

2Br 2e

Br

S

2e

S















2

4

2

2

2

2H Br

H SO

Br

SO

2H O









Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Uzgadnianie równań reakcji utleniania i redukcji

HClO

3

+ HCl

= Cl

2

+ H

2

O

I

V

II

I

I

0

I

II

3

2

2

H Cl O

H Cl

Cl

H O













0

0

5















V

I

Cl

e

Cl

Cl

e

Cl

I

V

II

I

I

0

I

II

3

2

2

H Cl O

5H Cl

3Cl

3H O













1

5

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

ciepło Q’

CaCO

3

= CaO + CO

2

ciepło Q”

reakcja egzotermiczna

reakcja endotermiczna

S + O

2

= SO

2

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

KINETYKA CHEMICZNA

Dział chemii fizycznej zajmujący się opisem wpływu różnych
czynników na szybkość reakcji chemicznych to...

KINETYKA REAKCJI

HOMOGENICZNYCH

KINETYKA REAKCJI

HETEROGENICZNYCH

układy jednofazowe

układy wielofazowe

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Reakcje chemiczne w układach homogenicznych

t = 0

t > 0

+

=

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Reakcje chemiczne w układach heterogenicznych

+

=

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

..kolejne fazy reakcji heterogenicznej...

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

O tym czy zaobserwujemy zachodzenie MOŻLIWEJ reakcji,
decyduje SZYBKOŚĆ z jaką reakcja zachodzi.

SZYBKOŚCIĄ

reakcji chemicznych zajmuje się dział

chemii ogólnej (fizycznej) nazywany

KINETYKĄ REAKCJI CHEMICZNYCH

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

czas

li

cz

b

a

m

oli

O

2

H

2

H

2

O

t

k

DEFINICJA SZYBKOŚCI REAKCJI CHEMICZNEJ (2)

2H

2

+ O

2

= 2H

2

O

dt

dn

2

1

dt

dn

dt

dn

2

1

v

O

H

O

H

2

2

2











Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Szybkość reakcji chemicznych

Doświadczenie wykazało, że szybkość reakcji bardzo często
można przedstawić empirycznym równaniem kinetycznym:

1

2

3

S

S

S

r

kc c c ...

 





1 1

2

2

3

3

S

S

S

......

produkty



 

 







,



,



– rzędy reakcji względem substratów S

1

, S

2

, S

3

.....

n =



+



+



+ ......

całkowity rząd reakcji

k – stała szybkości reakcji

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Dlaczego szybkość reakcji chemicznych jest proporcjonalna
do stężeń reagentów?

Aby reakcja A + B

d C mogła zajść, atomy (cząsteczki) A i B

muszą wejść w kontakt (zderzyć się). Czym więcej zderzeń w
jednostce czasu, tym reakcja powinna biec szybciej.

...w którym naczyniu będzie więcej zderzeń?

I

II

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

atom (cząsteczka) A

atom (cząsteczka) B

II
B

I
B

II
A

I
A

c

c

c

c





W II naczyniu zderzeń będzie więcej, zatem reakcja
przebiegnie szybciej. Jednocześnie w II naczyniu stężenia
substratów A i B są większe, zatem szybkość reakcji powinna
rosnąć ze wzrostem stężenia substratów

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Rzędy

reakcji

chemicznych

1

2

3

S

S

S

r

kc c c ...

 





n =



+



+



+ ......

całkowity rząd reakcji:

0

 n  3

n = 0 – bardzo rzadko

n = 1,2

– często

n = 3

– rzadko

n = p/q - rzadko

0





,



,



 3

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Rzędy

reakcji

chemicznych -

przykłady

rząd

reakcja

równanie kinetyczne

0

N

2

O = N

2

+ 0,5O

2

1

N

2

O

5

= 2NO

2

+ 0,5O

2

2

H

2

+ I

2

= 2HI

3

2NO + O

2

= 2NO

2

k

r



5

2

O

N

kc

r



2

2

I

H

c

kc

r



2

2

O

NO

c

kc

r



Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Cząsteczkowość reakcji chemicznych

Liczbę cząsteczek biorących udział w elementarnym etapie
reakcji nazywamy CZĄSTECZKOWOŚCIĄ REAKCJI.
Dawniej

utożsamiano

pojecie

rzędu

reakcji

z

cząsteczkowością.

rozważmy reakcję:

2N

2

O

5

= 2N

2

O

4

+ O

2

Można oczekiwać, że na to by zaszła taka reakcja potrzeba
aby

zderzyły

się

dwie

cząsteczki

N

2

O

5

(reakcja

dwucząsteczkowa), a zatem jej szybkość powinna być opisana
równaniem kinetycznym II rzędu:

2

5

2

5

2

5

2

O

N

O

N

O

N

c

k

dt

dc





... dlaczego tak uważamy?

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

reakcję:

2N

2

O

5

= 2N

2

O

4

+ O

2

2

5

2

5

2

5

2

5

2

5

2

5

N O

2

N O

N O

N O

N O

N O

dc

k

c

c

k

c

dt

 

 

..można zapisać w formie:

N

2

O

5

+ N

2

O

5

= 2N

2

O

4

+ O

2

substraty

Szybkość reakcji jest wprost proporcjonalna do stężenia
substratów (nie widzimy powodów do podniesienia
stężeń do potęg innych niż 1)

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Równanie kinetyczne:

2

5

2

5

2

5

2

O

N

O

N

O

N

c

k

dt

dc





odpowiada mechanizmowi:

N

2

O

5

N

2

O

5

N

2

O

4

N

2

O

4

O

2

4N 10O

2N

2

O

5

= 2N

2

O

4

+ O

2

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Doświadczenie wykazało, że szybkość tej reakcji odpowiada
równaniu I rzędu:

5

2

5

2

5

2

O

N

O

N

O

N

c

k

dt

dc





Jest to wynikiem złożonego mechanizmu tej reakcji:

N

2

O

5

= N

2

O

3

+ O

2

(reakcja wolna)

N

2

O

3

= NO + NO

2

(reakcja szybka)

NO + N

2

O

5

= 3NO

2

(reakcja szybka)

4NO

2

= 2N

2

O

4

(reakcja szybka)

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

I) N

2

O

5

= N

2

O

3

+ O

2

(reakcja wolna)

II) N

2

O

3

= NO + NO

2

(reakcja szybka)

III) NO + N

2

O

5

= 3NO

2

(reakcja szybka)

IV) 4NO

2

= 2N

2

O

4

(reakcja szybka)

I

II

IV

III

N

2

O

5

N

2

O

4

+ O

2

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Jeżeli reakcja 2N

2

O

5

= 2N

2

O

4

+ O

2

przebiega etapami, które

następują po sobie (etapy następcze), to o obserwowanej
szybkości reakcji decyduje etap najwolniejszy:

N

2

O

5

= N

2

O

3

+ O

2

reakcja w tym etapie przebiega zgodnie z mechanizmem:

N

2

O

5

N

2

O

5

N

2

O

5

N

2

O

5

N

2

O

3

O

2

reakcja jednocząsteczkowa

I rzędu

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Zależność szybkości reakcji chemicznych od

temperatury (1)

Doświadczenia wskazały, że szybkość reakcji chemicznych
istotnie zależy od temperatury. Najczęściej szybkość reakcji
rośnie ze wzrostem temperatury.

Przy wzroście temperatury o 10 K
szybkość reakcji wzrasta przeciętnie
2 – 4 razy

reguła Van’t Hoffa

1852-1911
Jacobus Van’t Hoff

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

1

2

3

S

S

S

r

kc c c ...

 





1 1

2

2

3

3

S

S

S

......

produkty



 

 





..wiemy, że szybkość reakcji r :

można wyrazić jako:

stężenia

substratów

S

i

bardzo słabo lub w ogóle
nie zależą od temperatury

stała szybkości k musi
istotnie

zależeć

od

temperatury, skoro szybkość
reakcji r silnie zależy od
temperatury

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Svante Arrhenius (Szwecja) w 1889
ustalił,

że

z

bardzo

dobrym

przybliżeniem

zależność

stałej

szybkości k od temperatury T można
wyrazić równaniem:

1859-1927

A, B – dodatnie stałe
zależne od reagujących
substancji

T

B

A

)

k

ln(





T

-1

ln(k)



tg(



) = B

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

A

B

A

B

...możliwość I – zderzenie sprężyste

przed zderzeniem

po zderzeniu

Aby reakcja A + B

d C mogła zajść, atomy (cząsteczki) A i B

muszą wejść w kontakt (zderzyć się).

Zderzenia cząstek a szybkość reakcji chemicznej (1)

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Zderzenia cząstek a szybkość reakcji chemicznej (2)

...możliwość II – zderzenie aktywne

A

B

przed zderzeniem

A B

C

nadmiar

energii

kompleks

aktywny

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Zderzenia cząstek a szybkość reakcji chemicznej (3)

Szybkość reakcji chemicznej powinna być proporcjonalna do
liczby zderzeń N

zd

między cząsteczkami (atomami) substratów

r = k’·N

zd

Ponieważ tylko ZDERZENIA AKTYWNE prowadzą do
reakcji, to dokładniej szybkość reakcji musi proporcjonalna do
liczby zderzeń aktywnych N

zd(akt)

zachodzących w jednostce

czasu i jednostce objętości reagującego układu:

r = k’’·N

zd(akt)

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Zderzenia cząstek a szybkość reakcji chemicznej (5)

O tym czy zderzenie cząsteczek A i B jest aktywne
decyduje całkowita energia E

A

i E

B

wniesiona przez

cząsteczki do układu jaki tworzą one w chwili zderzenia.
Istnieje pewna progowa wartość tej energii zwana
ENERGIĄ AKTYWACJI E

a

, dla której spełnione jest:

a

B

A

E

E

E





a

B

A

E

E

E





zderzenie sprężyste

zderzenie aktywne

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

E

substr

E

prod

E

a

Q

ENERGIA AKTYWACJI

A + B = C

A + B

C

(A + B)

*

en

er

gia

droga reakcji

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Energia aktywacji jest swoistą barierą, którą muszą pokonać
cząsteczki substratów aby utworzyć produkty.

Gdyby udało się obniżyć energię aktywacji, to przy tych
samych stężeniach substratów i w tej samej temperaturze
reakcja przebiegałaby szybciej.

A+B

C

E

1

E

2

E

2

<

E

1

r

2

>

r

1

Możemy ten cel

osiągnąć stosując tzw.

KATALIZATORY

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

KATALIZA

KATALIZA

to zjawisko zmiany szybkości reakcji chemicznych

pod wpływem substancji zwanych

KATALIZATORAMI

HOMOGENICZNA

katalizator i substraty

tworzą jedną fazę

HETEROGENICZNA

katalizator i substraty

występują w różnych fazach

DODATNIA

szybkość

reakcji wzrasta

UJEMNA

szybkość

reakcji maleje

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

KATALIZA JEDNOFAZOWA (homogeniczna)

Wprowadźmy do reagującego układu A + B = C

Substancja K nie weszła w skład produktów reakcji

A + B

C

substancję K, która tworzy z A i B układ homogeniczny i ma
jedną z dwóch poniższych właściwości:

AK + B

+K

A + BK

+K

K

K

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

A+B

C

(A+B)

*

+K

+K

I
a

E

II
a

E

AK+B

Q

(A+K)

*

(AK+B)

*

Przykład działania katalizatora

A + B + K = C + K

E

E

a

II

a

a

I

a

a

E

E

E

E





Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

to zjawisko gromadzenia

się jakiejś

substancji

(adsorbatu)

na

powierzchni

ciała stałego lub cieczy

(adsorbentu).

faza stała

gaz

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

ADSORPCJA

FIZYCZNA

fizysorpcja

CHEMICZNA

chemisorpcja

pomiędzy

cząsteczkami

(atomami) adsorbatu i
adsorbenta

tworzą się

wiązania chemiczne

pomiędzy

cząsteczkami

(atomami) adsorbatu i
adsorbenta działają siły
Van der Waalsa

STOPIEŃ POKRYCIA POWIERZCHNI

Q

powierzchnia S

0

na

której zachodzi

adsorpcja

obszary zajęte przez

zaadsorbowane cząsteczki

o łącznej powierzchni S

a

stopień pokrycia

powierzchni:

0

a

S

S



Q

0

1

 Q 

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

CIEPŁO ADSORPCJI

A

(g)

→ A

(ads)

D

H < 0

ciepło

w

ydzielo

ne

stopień pokrycia powierzchni

Q

1

Zmiana ciepła adsorpcji ze stopniem
pokrycia

Q

jest wynikiem oddziaływań

pomiędzy zaadsorbowanymi atomami
lub cząsteczkami

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Porównanie cech charakterystycznych adsorpcji i

chemisorpcji

Lp.

Cecha charakterystyczna

Fizysorpcja

Chemisorpcja

1

a

Siły wiązań między

cząsteczkami adsorbatu i

adsorbenta

Słabe siły Van der Waalsa

Duże siły zbliżone do sił

wiązań chemicznych

b

Efekt cieplny zjawiska

Małe ciepła adsorpcji

10-30 kJ/mol

Duże ciepła adsorpcji

>70-100 kJ/mol

2

Równowaga adsorpcji i

desorpcji

Całkowita odwracalność

Częściowa nieodwracalność

3

a

Energia aktywacji

Nie występuje

Duża energia aktywacji

b

Przebieg zjawiska w funkcji

temperatury

Względnie duża szybkość

już przy niskich

temperaturach

Dopiero w wysokich

temperaturach nie jest silnie

hamowana

4

a

Zależność od rodzaju

substancji biorących udział

Brak istotnej specyfiki

Silna specyfika

b

Stopień pokrycia

powierzchni

Możliwe powstanie warstw

multimolekularnych

Zahamowanie procesu przy

monomolekularnym pokryciu

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

ADSORPCJA NA POWIERZCHNI CIAŁ STAŁYCH

CENTRA AKTYWNE

Granica faz ciało stałe – gaz czy ciało stałe – ciecz nie jest
abstrakcyjną powierzchnią geometryczną, tylko realnym
bytem fizycznym utworzonym przez atomy, jony lub
cząsteczki.

Adsorpcja cząsteczek (atomów) adsorbatu zachodzi tylko
na pewnych szczególnych miejscach tej granicy, które

nazywamy

CENTRAMI AKTYWNYMI

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

ADSORPCJA NA POWIERZCHNI CIAŁ STAŁYCH

I. Centra aktywne – atomy lub jony na powierzchni

atom (jon) A

atom (jon) B

I.

Każdy atom (jon) może stanowić

centrum aktywne

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

atom (jon) A

atom (jon) B

cząsteczka

adsorbatu

ADSORPCJA NA POWIERZCHNI CIAŁ STAŁYCH

I. Centra aktywne – atomy lub jony na powierzchni

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

atom (jon) A

atom (jon) B

ADSORPCJA NA POWIERZCHNI CIAŁ STAŁYCH

II. Centra aktywne – grupy atomów lub jonów na powierzchni

II.

Grupy atomów (lub jonów) mogą

stanowić centra aktywne

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

atom (jon) A

atom (jon) B

cząsteczka

adsorbatu

ADSORPCJA NA POWIERZCHNI CIAŁ STAŁYCH

II. Centra aktywne – grupy atomów lub jonów na powierzchni

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

ADSORPCJA NA POWIERZCHNI CIAŁ STAŁYCH

III. Centra aktywne – defekty na powierzchni

cząsteczka

adsorbatu

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH

Etapem KAŻDEJ katalitycznej heterogenicznej reakcji

chemicznej są procesy ADSORPCJI

KATALIZA HETEROGENICZNA

KATALIZA HETEROGENICZNA

etapy reakcji

1. dyfuzja substratów A i B do powierzchni katalizatora

2. adsorpcja substratów A i B na powierzchni katalizatora

A

(g)

+ B

(g)

t A

(ads)

+ B

(ads)

3. reakcja na powierzchni katalizatora:

A

(ads)

+ B

(ads)

t C

(ads)

4. desorpcja produktu z powierzchni katalizatora:

C

(ads)

t C

(g)

5. dyfuzja produktu C od powierzchni katalizatora

A + B

K

C

Materiały dydaktyczne dla studentów i roku WGGiIŚ, kier. IŚ - Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC AGH